Um dos grandes desafios na indústria da borracha atualmente é suprir o mercado de pneumáticos, que é muito exigente em relação à durabilidade, segurança e economia. Significativo avanço nas melhorias simultâneas da aderência em pista molhada e resistência ao rolamento foi alcançado empregando sílica modificada por organosilanos em substituição ao negro de fumo. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um composto elastomérico para uma banda de rodagem de pneu de carga combinando redução da resistência ao rolamento e melhora da aderência no molhado. Oito compostos foram preparados: duas formulações com base de negro de fumo (variando as condições de processamento), cinco formulações com a substituição parcial do negro de fumo por sílica e silano como agente de acoplamento (variando as condições de processamento e o teor de silano) e uma formulação com a substituição total do negro de fumo pela sílica. Foram avaliadas as propriedades reométricas, físicas, químicas, mecânicas e dinâmico-mecânicas dos compostos. Os resultados foram comparados a uma formulação padrão típica de banda de rodagem de pneus de carga. Através da análise dinâmico mecânica, o resultado mais relevante foi obtido com a proporção de 15 phr de sílica e 3 phr de silano para um processamento em três etapas, que conseguiu reduzir em 10% a resistência ao rolamento e aumentou em 18,5% a aderência no molhado. O uso parcial da sílica reduziu o desgaste por abrasão, promovendo maior durabilidade do composto. A formulação contendo apenas negro de fumo e preparada em três etapas de processamento também apresentou bons resultados, demonstrando que o processamento pode levar a uma melhor dispersão da carga. Para os compostos com 1,5 phr de silano não foram obtidos resultados satisfatórios, mostrando que para estes sistemas a carga não interage suficientemente com o polímero, devido provavelmente ao baixo teor de agente de acoplamento. Os resultados levam a concluir que o uso da sílica, o processamento em mais de uma etapa, bem como a quantidade de silano, promoveram um aumento na interação polímero-carga, melhorando assim as propriedades desejadas. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / One of the major challenges in the rubber industry today is related to the relationship between durability, safety and economy for tire applications. Important progress on rolling resistence reduction with good wet grip was achieved replacing carbon black by silica-silane coupling agent system. The aim of this work was to develop an elastomeric compound for a truck tire tread combining the reduction of the rolling resistance and the improvement in the wet grip. Eight compounds were prepared: two formulations based on carbon black (varying the processing conditions), five formulations with the partial replacement of the carbon black by a silica-silane coupling agent system (varying the processing conditions and the silane content), and one formulation with the total replacement of the carbon black by silica. Rheometric, physical, chemical, mechanical, and dynamic-mechanical properties were evaluated. The results were compared to a standard formulation based on a typical formulation of truck tire treads. From dynamic mechanical analysis, the results showed that for the compound with 15 phr of silica, 3 phr of silane, and three processing steps, the rolling resistance decreased by 10% compared to the standard compound, and the wet grip increased by 18.5%. The partial use of silica reduced the abrasion loss, confirming the durability of the compound. The formulation with only carbon black and prepared in three processing steps also had good results, showing that more processing steps lead to a better dispersion of carbon black. The compounds with 1.5 phr of silane showed unsatisfactory results; the filler does not interact sufficiently with the polymer, probably because the low content of coupling agent. The results showed that the use of silica and the processing conditions, as well as the quantity of silane, were important to improve filler-polymer interaction and to promote a general improvement in the properties.

Óxidos de zinco (ZnO), com partículas de tamanho nano (nano ZnO) são um tipo de carga inorgânica multifuncional, que apresenta um vasto uso e importância em formulações elastoméricas. Notavelmente, as mais relevantes pesquisas com nano ZnO estão direcionadas em usá-lo como um substituto do ZnO convencional e, que tem a função principal de ativador de vulcanização para sistemas com enxofre ou doadores de enxofre para composições de borracha. Neste trabalho, o efeito de três tipos de ZnO foi investigado em compostos com terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM). ZnO convencional (sZnO), nano ZnO (ZnO 40) e nano ZnO disperso em carbonato de cálcio (ZnO 30) e suas características analisadas. A caracterização destes óxidos de zinco foram através de análises de absorção atômica, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, área superficial específica e distribuição de tamanho de partículas e poros. As composições elastoméricas foram processadas em um misturador de rolos industrial e os diferentes tipos de ZnO foram adicionados em um misturador de rolos de laboratório. Uma composição para perfis automotivos foi preparada variando a quantidade de sZnO (1, 2, 3, 4 e 5 partes por cem de borracha (phr)). Para ZnO 30 e ZnO 40, dez composições foram desenvolvidas (1, 2, 3, 4, e 5 phr), além de um composto sem a adição de ZnO (amostra Branco). As propriedades de cura foram determinadas a partir de um reômetro de disco oscilatório. As composições não vulcanizadas também foram caracterizadas por um viscosímetro Mooney e um analisador de processamento de borracha (RPA). Após a vulcanização, as amostras tiveram suas propriedades físico-mecânicas analisadas, bem como por microscopia eletrônica de varredura. O envelhecimento acelerado em estufa, os parâmetros e mecanismos cinéticos de degradação foram estudados para os compostos com mesmo teor em massa de Zn (sZnO 4 phr, ZnO 30 3 phr e ZnO 40 2 phr), além da amostra Branco. Os resultados destas investigações demonstraram que ZnO 30 e ZnO 40 apresentam menor tamanho de partícula e maior área superficial, tornando-os mais reativos e classificando-os como nano ZnO. O efeito dos três diferentes ZnO nas propriedades físico-mecânicas das composições foram satisfatórios, demonstrando que resultados similares são obtidos utilizando menores teores de ZnO na formulação, principalmente com o uso de nano ZnO. A partir dos cálculos de energia de ativação, constatou-se que com o uso de ZnO 30 e ZnO 40 os valores desta propriedade foram superiores ao sZnO, confirmando a maior estabilidade térmica. O mecanismo de reação de degradação determinado pelo método de Coats Redfern (CR) e confirmado pelo método de Criado foi do tipo F1, que significa uma reação com cisão randômica da cadeia polimérica, em termos de cinética de primeira ordem. Assim, o uso de nano ZnO torna-se interessante, economicamente viável e importante para o meio ambiente, pois conseguiu-se uma redução de Zn nas composições sem prejuízo ao desempenho mecânico dos artefatos. / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul, FAPERGS. / Zinc oxide nanoparticle (nano ZnO) is a kind of inorganic multifunctional filler, which has extensive uses in rubber additives. Notably, most of relevant researches about nano ZnO focused on using them as a substitute of conventional ZnO and an essential cure activator for rubber crosslinking by sulfur or sulfur donors in rubber composites. In this work, the effect of three kinds of ZnO on the properties of ethylene, propylene and diene (EPDM) elastomeric compounds was investigated. Standard ZnO (sZnO), nano ZnO (ZnO 40) and nano ZnO dispersed in CaCO3 (ZnO 30) were used and their characteristics were analyzed. The characterizations of these ZnO were carried out by atomic absorption spectrometry, X-ray diffraction, surface area, scanning electron microscopy, pore and particle size distribution. The elastomeric composites were processed in an industrial two-roll mill and the different ZnO were added in a laboratory two-roll mill. A usual composition to bus body rubber profile were prepared with varying the proportion of ZnO (1, 2, 3, 4 and 5 parts per hundred of rubber (phr)). To ZnO 40 and ZnO 30 ten composites were developed (1, 2, 3, 4 and 5 phr), including a compound without ZnO (White sample). The cure properties were determined in an oscillating disk rheometer. The unvulcanized compositions are also characterized by a Mooney viscometer and a rubber process analyzer (RPA). After vulcanization, the compositions had their physical- mechanical properties analyzed, as well as scanning electron microscopy. The thermal oxidative aging, the parameters and degradation kinetic mechanisms were studied for the compounds with the same mass content of Zn (sZnO 4 phr, ZnO 30 3 phr and ZnO 40 2 phr), as well as the white sample. The results of these investigations showed that ZnO 30 and ZnO 40 have a smaller particle size and higher surface area, making them more reactive and classifying them as nano ZnO. The results of the investigation of the effect of different types of zinc oxide in the EPDM composites were satisfactory, since the same results were obtained with lower amounts of ZnO, particularly with the use of nano ZnO. The non-isothermal degradation process of EPDM rubber compounds were investigated with thermogravimetric analysis (TGA) and derivative thermogravimetry (DTG), using the different calculation procedures. It was found that the values of activation energy of the composition with ZnO 30 and ZnO 40 showed higher results to sZnO, confirming the higher thermal stability. The degradation reaction mechanism determined by the method Coats Redfern (CR) and confirmed by Criado method was the F1 type, can be described by the random scission mechanism, in terms of the first order kinetics. Thus, the use of nano ZnO in elastomeric compositions became interesting, economically viable, important for the environment and it could be a reduction of Zn in the compositions without prejudice to the mechanical performance of the artifacts.

As próteses faciais e intraorais tem um importante papel na devolução da estética e de algumas funções para os pacientes. Por meio da restauração da imagem corporal é possível reintegrá-lo a sociedade, resgatando assim a identidade do indivíduo. A boa condição dessas próteses é primordial para que estas possam exercer suas funções adequadamente e manter o local, onde estão inseridas, livre de infecções e inflamações. Portanto, a não formação de colônias e biofilmes bacterianos em materiais eleitos para confecção dessas próteses, trarão benefícios aos pacientes reabilitados. Visando isso, a presente dissertação verificou a capacidade de inclusão e a eficiência bactericida do biocida policloreto de dialildimetilamônio (PDADMAC) em resina acrílica autopolimerizável (RAAQ) e termopolimerizável (RAAT), e silicone de uso médico. Os resultados mostraram que o biocida PDADMAC quando dissolvido no tetrahidrofurano apresentou boa incorporação tanto nas resinas acrílicas, quimicamente ativas e termo ativas, quanto no silicone de uso médico e que apenas os corpos de prova que receberam 2 mililitros do PDADMAC em massa polimérica tiveram uma resposta bactericida eficaz. / The facial and intraoral prosthesis has an important role in the aesthetics and return of some functions to patients. Through restoration of the body image can reistante to can society , thus recovering the individual\'s identity . The good condition of these prostheses is essential so they can perform their function properly and maintain the the area where the prostheses are inserted free of infection and inflammation. Therefore, no formation of bacteria colonies and biofilms in the chosen materials for making these prostheses , will bring benefits to patients rehabilitated. The present work evaluated the capability of inclusion and the bactericidal efficiency of the biocide poly(diallyldimethylammonium chloride) ( pDADMAC ) of acrylic resin autopolymmerized ( RAAQ ) and thermal polymerized ( RAAT ) , and silicone medical use. The results showed that the biocide pDADMAC when dissolved in tetrahydrofuran presented a good incorporation in both acrylic resins and in the medical grade silicone and that only the samples that received 2 ml of pDADMAC in polymer had an effective bactericidal response.

High levels of vibration are essential for the proper operation of vibrating screens. However, this motion imparts high dynamic loads on their support structures leading to premature failure or costly construction. Various methods exist for the attenuation of these forces, but they require undesirable addition of weight to the screen assembly, which can be as much as 130% of the screen mass. More appropriate methods are pendulum, hydraulic and liquid inertia vibration absorbers. These devices can provide similar isolation at only a fraction of the weight increase of current screen isolation methods. The liquid inertia vibration absorber's unique properties make it ideal for the attenuation of screen forces, as this study will show. A mathematical model describing the motion for the vibration absorber was derived. This led to an equation describing the force transmissibility, which was used to show which parameters influence the absorber's performance. The model was extended to take into account the effect of conical port inlets/outlets, which were used to reduce the viscous damping. The effect of viscous damping was quantified using computational fluid dynamics. The mathematical model was used to show how an optimal set of parameters could be found. Two design procedures were developed for the vibration absorber and were then used to design an experimental absorber. The experimental absorber was used to validate the mathematical model. Several practical considerations for the design were discussed and solutions suggested. The stiffness of the absorber was estimated using finite element modelling. Two elastomeric springs of different hardnesses were fitted to the absorber. The softer spring achieved a transmissibility of 16% by 42 Hz. The main stumbling block in reducing the transmissibility even further is the reduction of the damping. The experience gained from the experimental absorber was used to suggest how an absorber could be applied to a screen. An absorber isolating at 12.5 Hz was designed for this purpose. A theoretical design study investigated two possible configurations of absorber fitment. When the absorber was fitted directly to the screen the force transmitted was reduced 7.2 times. Fitting the absorber to the sub-frame gave similar transmissibility results to that of a screen fitted with a sub-frame only, but the mass ratio was only 15%. The outcome of this study is a thorough understanding of liquid inertia vibration absorbers as well as a procedure for their optimal design. / Dissertation (M Eng (Mechanical Engineering))--University of Pretoria, 2006. / Mechanical and Aeronautical Engineering / unrestricted

Nessa dissertação foi estudada a síntese de elastômeros microcelulares de poliuretano (EMPU). Foram preparados três EMPU baseados em diisocianato de 4,4 difenilmetano (MDI), com diferentes concentrações de fase rígida (Formulações 1, 2 e 3, com 32, 35 e 42% de fase rígida, respectivamente). As amostras foram preparadas através do método de duas etapas, pelo sistema de pré-polímero. As amostras dos EMPU foram caracterizadas através de ensaios físicos, mecânicos, morfológicos, térmicos e químicos. Os resultados dos ensaios mecânicos mostraram que o aumento no percentual de fase rígida levou a um aumento na resistência à tração e na resistência ao rasgamento. O alongamento na ruptura não apresentou variação significativa com a modificação do percentual de fase rígida. As análises morfológicas indicaram que o aumento no percentual de fase rígida promoveu a formação de microcélulas menores, distribuídas de forma mais homogênea no elastômero. As análises de termogravimetria indicaram a presença de dois estágios de degradação, referentes às fases rígida e flexível, respectivamente. Os ensaios de calorimetria exploratória diferencial indicaram que os EMPU apresentam uma separação de fases à temperatura ambiente. O aumento na quantidade de fase rígida presente nos EMPU implicou em maiores valores de densidade de ligações cruzadas. O ensaio de resistência química demonstrou que os EMPU formulados apresentaram baixos índices de inchamento para solventes industriais comumente utilizados. / In this work, three different microcellular polyurethanes elastomers (EMPU) based on 4,4-diphenylmethane diisocyanate (MDI) with different rigid phase contents were prepared (Formulations 1, 2 and 3 with 32, 35 and 42% of rigid phase content, respectively). The EMPU were obtained by two steps method. The samples were evaluated with respect to physical, mechanical, morphological, thermal and chemical properties. The results showed that the formulation with higher rigid phase content has higher tensile and tear strength. The deformation at rupture not show significant variation with the change in the rigid phase content. Micrographs of SEM indicated that the higher rigid phase content promoted the best cells homogeneity in the samples. The termogravimetric analysis show the presence of the two degradation steps associated to the rigid and flexible phase, respectively. Diferential scanning calorimetry indicated that the EMPU has a phase separation at room temperature. The increase in the rigid phase content implicated in the increase of the cross-linked density of the material. Finally, the EMPU have good chemical resistence in comumm solvents.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES.

O objetivo deste trabalho foi a obtenção de uma formulação elastomérica à base de EPDM para aplicação em temperaturas elevadas. A influência de características como o teor de eteno, propeno, dieno e a viscosidade Mooney, a utilização de aditivos estabilizantes e diferentes sistemas de cura, e a variação do teor de carga e plastificante sobre a morfologia e propriedades físico-mecânicas e dinâmicas das formulações foram avaliadas. Partindo de uma formulação padrão para aplicação em temperaturas elevadas, a utilização de um elastômero de maior viscosidade Mooney apresentou melhores propriedades de torque mínimo, torque máximo, tensão na ruptura e deformação permanente à compressão. As formulações preparadas com aditivos estabilizantes não apresentaram melhoria na resistência ao envelhecimento térmico com base na avaliação da deformação permanente à compressão realizada a 70 °C e 120 °C. Comparando os sistemas de cura, a formulação curada através do sistema eficiente foi a que apresentou uma melhor combinação de resultados, inclusive de resistência ao envelhecimento térmico, em comparação às demais composições curadas através do sistema semi-eficiente ou por peróxido. O aprimoramento das propriedades foi em função de um maior predomínio de ligações cruzadas monossulfídicas que são termicamente mais estáveis do que as dissulfídicas e polissulfídicas. Por fim, a formulação com teores reduzidos de carga e plastificante apresentou melhor balanço de propriedades, com aumento na retenção de propriedades com o envelhecimento térmico e menor deformação permanente à compressão, sendo estas as principais características de interesse para a aplicação proposta. / The objective of this work was to obtain an EPDM elastomeric formulation for application at high temperatures. The influence of characteristics such as the ethene, propene, and diene content and Mooney viscosity, the use of stabilizers and different curing systems, and the variation of the filler and plasticizer content on the morphology and physico-mechanical and dynamical properties of the formulations were evaluated. Based on a standard formulation for application at high temperatures, the use of an elastomer of higher Mooney viscosity showed the best properties of minimum and maximum torque, tensile strength, and compression set. The formulations prepared with stabilizers showed no improvement in the resistance to thermal aging based on the evaluation of the compression set performed at 70 °C and 120 ° C. Comparing the curing systems, the formulation cured through the efficient system presented the best set of results, including thermal aging resistance, compared to other compositions cured through the semi-efficient system or peroxide. The enhancement of the properties was due to a greater predominance of monosulfidic crosslinks which are thermally more stable than the disulfidic and polysulfidic ones. Finally, the formulation with a reduced content of filler and plasticizer presented best balance of properties, with an increase in the retention of properties with the thermal aging and lower compression set. These are the main characteristics of interest for the proposed application.

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Styrenic block copolymer thermoplastic elastomers are one of the most widely used thermoplastic elastomers (TPEs) today. The focus of this research is to fundamentally understand the structure-processs-property relationships in these materials. Deformation behavior of the block copolymers with cylindrical and lamellar morphologies has been investigated in detail using unique techniques like deformation calorimetry, transmission electron microscopy (TEM), combined in-situ small angle x-ray and wide angle x-ray scattering (SAXS/WAXS). The research involves the study of structural changes that occur at different length scales along with the energetics involved upon deformation. The structural changes in the morphology of these systems on deformation have been investigated using combined SAXS/WAXS setup. Small angle x-ray scattering probed the changes at the nano-scale of polystyrene (PS) cylinders, while wide angle x-ray scattering probed the changes at molecular length scales of the amorphous/crystalline domains of the elastomeric mid-block in these systems. TEM analysis of the crosslinked elastomers (by UV curing) further confirms the interpretation of structural details as obtained from SAXS upon deformation. New structural features at both these length scales have been observed and incorporated into the overall deformation mechanisms of the material. Characteristic structural parameters have been correlated to differences in their mechanical response in the commercially relevant cylindrical block copolymers. Effect of various process conditions and thermal treatments has been investigated. The process conditions affect the structure at both micro-scopic (grain size) and nano-scopic (domain size) length scales. A correlation has been obtained between a mechanical property (elastic modulus) and an easily measurable structural parameter (d-spacing). Effect of various phase transitions such as order-to-order transition has been studied. Selective solvents can preferentially swell one phase of the block copolymer relative to other and thus bring a change in morphology. Such kinetically trapped structures when annealed at higher temperature try to achieve their thermodynamic equilibrium state. Such changes in morphology significantly affect their tensile and hysteretic response. In another work it has been shown that by carefully compounding these styrenic block copolymers having different morphologies, it is possible to completely disrupt the local scale order and remove the grain boundaries present in these materials. Finally, a new test technique has been developed, by modifying an existing Charpy device to test polymeric films at a high strain rate. A custom designed load-cell is used for force measurements which imposes harmonic oscillations on a monotonic loading signal. The data obtained from this device can be used to analyze visco-elastic response of polymeric films at frequencies much higher than the conventional dynamic mechanical analyzer (DMA).